कच्चे GPS डेटा का उपयोग करके स्थिति की गणना (2017)

 (telesens.co)
1 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2024-07-16 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें

कच्चे GPS डेटा का उपयोग करके स्थिति की गणना

GPS सिस्टम का महत्व

  • GPS एक Global Positioning System है, जिसका उपयोग Google Maps में रास्ता खोजने से लेकर ride-hailing apps तक कई तरह के applications में किया जाता है
  • GPS इतना सटीक है कि इसका उपयोग plate tectonics और महाद्वीपीय विस्थापन को मापने में भी किया जाता है
  • GPS अमेरिकी सरकार के स्वामित्व में है, और भू-राजनीतिक कारणों से अन्य देशों के लिए इसकी पहुंच सीमित की जा सकती है
  • इसी कारण रूस के GLONASS, यूरोपीय संघ के Galileo, और चीन के BeiDou जैसे अन्य देशों के GPS-समान सिस्टम विकसित किए गए

निर्देशांक प्रणाली

  • स्थान को व्यक्त करने के लिए विभिन्न coordinate systems का उपयोग किया जाता है
  • आम तौर पर उपयोग होने वाला latitude/longitude गणितीय गणनाओं के लिए उपयुक्त नहीं है
  • ECEF (Earth Centered, Earth Fixed) coordinate system पृथ्वी के केंद्र को मूल बिंदु मानकर स्थान को व्यक्त करता है
  • WGS 1984 सिस्टम सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला ECEF coordinate system है

ऊंचाई की परिभाषा

  • ऊंचाई को परिभाषित करते समय उस संदर्भ सतह को परिभाषित करना आवश्यक होता है जिस पर यह आधारित है
  • Reference ellipsoid और geoid model का उपयोग किया जाता है
  • Reference ellipsoid का कोई भौतिक अर्थ नहीं होता, जबकि geoid को समान गुरुत्वीय potential वाले बिंदुओं के समूह के रूप में परिभाषित किया जाता है

अक्षांश और देशांतर

  • Geodetic latitude, ellipsoid की सतह पर लंबवत रेखा और भूमध्यरेखीय तल के बीच का कोण है
  • Geodetic longitude, reference meridian और किसी विशिष्ट meridian के बीच का कोण है
  • Geodetic height, ellipsoid के सापेक्ष मापी गई ऊंचाई है

Geodetic निर्देशांक और Cartesian निर्देशांक के बीच रूपांतरण

  • Geodetic निर्देशांकों को Cartesian निर्देशांकों में बदलना सरल है
  • Cartesian निर्देशांकों को Geodetic निर्देशांकों में बदलने के लिए iterative procedure की आवश्यकता होती है

स्थानीय निर्देशांक प्रणाली

  • स्थानीय coordinate system, उपयोगकर्ता के स्थान को केंद्र मानने वाला ENU (East-North-Up) सिस्टम है
  • ECEF निर्देशांकों को ENU निर्देशांकों में बदलने की एक विधि है

GPS का उपयोग करके उपयोगकर्ता की स्थिति की गणना

उपग्रह की स्थिति निर्धारण

  • उपग्रह की कक्षा अंडाकार होती है, और उसे 6 Kepler parameters से पूरी तरह निर्दिष्ट किया जा सकता है
  • उपग्रह की स्थिति GPS interface specification दस्तावेज़ के अनुसार गणना की जाती है

उपयोगकर्ता और उपग्रह के बीच दूरी की गणना

  • GPS receiver, उपग्रह signal के timestamp का उपयोग करके उपग्रह तक की दूरी की गणना करता है
  • इस दूरी को pseudorange कहा जाता है
  • सटीक स्थिति की गणना के लिए उपयोगकर्ता और उपग्रह के clock offset तथा atmospheric delay का मॉडल बनाना आवश्यक है

उपयोगकर्ता clock offset का अनुमान

  • उपयोगकर्ता का clock offset, उपयोगकर्ता की स्थिति के साथ मिलाकर अनुमानित किया जाता है

उपयोगकर्ता की स्थिति और clock offset का अनुमान लगाने का algorithm

  • प्रारंभिक उपयोगकर्ता स्थिति और clock offset सेट किया जाता है और फिर उन्हें बार-बार संशोधित किया जाता है
  • प्रत्येक उपग्रह के लिए pseudorange को सुधारा जाता है, signal transmission time की गणना की जाती है, और उपग्रह की स्थिति की गणना की जाती है
  • linear algebra techniques का उपयोग करके least-squares solution निकाला जाता है

Matlab कोड के बारे में ध्यान देने योग्य बातें

  • कुछ समीकरणों के लिए solver को कॉल करना आवश्यक होता है
  • उदाहरण के लिए, mean anomaly (M) से eccentric anomaly (E) की गणना करने के लिए solver की आवश्यकता होती है

प्रयोग की सेटिंग

  • कच्चा GPS डेटा एकत्र करने के लिए विशेष GPS unit की आवश्यकता होती है
  • u-blox के NEO-M8T और 6T chips इसके लिए उपयुक्त हैं
  • RTKLib की STRSVR utility का उपयोग करके कच्चे GPS signals को प्राप्त और संग्रहीत किया जाता है

कच्चे GPS डेटा की प्रोसेसिंग

  • STRSVR कच्चे GPS डेटा को RTCM3 format में संग्रहीत करता है
  • Matlab library goGPS का उपयोग करके RTCM डेटा को decode किया जाता है और उसे Matlab data structure में बदला जाता है

परिणामों का विश्लेषण

  • स्थिति और clock offset में होने वाले बदलावों का विश्लेषण किया जाता है
  • स्थिति के पूर्व/उत्तर/ऊपर (E/N/U) components में उतार-चढ़ाव का विश्लेषण किया जाता है
  • clock offset में समय के साथ होने वाले बदलावों का विश्लेषण किया जाता है

उपग्रह azimuth/elevation की गणना

  • उपयोगकर्ता-केंद्रित ENU frame में उपग्रह के azimuth और elevation की गणना की जाती है

GN⁺ का सारांश

  • यह लेख GPS सिस्टम के काम करने के सिद्धांत और स्थिति गणना की विधि समझाता है
  • GPS डेटा की सटीकता बढ़ाने के लिए विभिन्न correction methods का उपयोग किया जाता है
  • यह Matlab कोड के माध्यम से वास्तविक डेटा को प्रोसेस और विश्लेषित करने का तरीका प्रदान करता है
  • यह GPS सिस्टम की तकनीकी अवसंरचना को समझने में उपयोगी है
  • समान कार्यक्षमता वाले प्रोजेक्ट्स में RTKLib और goGPS शामिल हैं

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2024-07-16
Hacker News राय

  • Android पहले से carrier phase access देता है, और इसके जरिए एक ही क्षेत्र में मौजूद डिवाइसों के बीच relative position को बहुत सटीकता से मापा जा सकता है

    • अगर accelerometer और gyroscope जोड़ दिए जाएँ, तो real time में position मापी जा सकती है, और क्योंकि GNSS pseudorange measurements में बदलाव अनुमानित होते हैं, इसलिए accuracy बहुत ज़्यादा नहीं गिरती
    • इससे model airplane को truck bed पर अपने-आप land कराने जैसी दिलचस्प capabilities बनाई जा सकती हैं
    • अगर power consumption बहुत बड़ा मुद्दा न हो, तो काफ़ी अच्छा GNSS receiver सस्ते में बनाया जा सकता है

  • जो लोग GPS receiver खुद बनाना चाहते हैं, उनके लिए एक open source project है

  • GPS से जुड़े comments में यह लिंक अक्सर आता है, लेकिन उसके अच्छे कारण हैं

  • एक वैकल्पिक लिंक भी है जो और ज़्यादा interactive explanation देता है

  • मैं एक ऐसे researcher से मिला था जो पानी की सतह पर बहुत कम समय के लिए ऊपर आने वाले जलीय जीवों का GPS data इकट्ठा करता था

    • raw data को record करके बाद में process करने से power consumption और satellite signal exposure time को काफ़ी कम किया जा सकता है (exposure time 1 second से कम होता है)

  • अगला कदम PPP या RTK है

    • GNSS एक दिलचस्प क्षेत्र है जो कई तरह की संभावनाएँ देता है

  • एक और अच्छा open source implementation है

  • एक चित्र है जो दिखाता है कि user-source geometry, user location की uncertainty को कैसे प्रभावित करती है

    • अच्छा होता अगर फ़ोन के map application में कोई setting होती, जिससे location uncertainty का shape circle से बदलकर arc intersections जैसा दिखाया जा सके

  • मैंने सुना है कि GPS उन गिने-चुने applications में से एक है जिनमें रोज़मर्रा की ज़िंदगी में relativity effects को ध्यान में रखना पड़ता है

    • generated data में ये relativity effects पहले ही हटाए जा चुके होते हैं

  • flat earthers के लिए अभ्यास प्रश्न: अगर satellite गोल पृथ्वी की परिक्रमा नहीं करते, तो समझाइए कि फ़ोन की GPS mapping कैसे काम करती है